[发明专利]半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，更具体地，涉及一种具有球栅阵列(BGA)衬底的半导体器件，在所述BGA衬底中封装了半导体芯片。

背景技术

近来，对于在关键任务通信设备和高端计算机中使用的半导体器件越来越要求要求所述半导体器件更快并且具有更高的性能。为满足此要求，必须减小半导体芯片和其中封装了半导体芯片的半导体器件的尺寸。小型化的一种解决方案是BGA封装。

例如，在JP 2001-144214A中可看到考虑用于键合(bonding)BGA封装和电路衬底的键合结构的技术。

该出版物公开了一种半导体器件及其键合结构，通过对周边上的金属球给出比其他金属球更高拉伸强度的金属球，延长了键合寿命。

同样，R.Mathew等人写的、并且在2006年5月31日以2006IEEEECTC会议(P35-40)形式出版的文章“1Gb/s Ether Physical LayerDevice Package Development”公开了一种半导体器件结构，所述半导体器件结构通过封装芯片使得芯片中心偏离BGA衬底中心，实现了稳定的供电。

然而，传统的BGA封装从来没有考虑半导体芯片的边缘和BGA衬底上的球之间的位置关系，具体地，在将半导体芯片安装到BGA衬底上的工艺中沿相对于衬底的垂直方向的位置关系。这引起如图9和10所示，沿衬底的垂直方向，在与焊料球8(其中BGA衬底9和焊料球8需要接触的位置处的焊盘7)的中心对齐的位置处具有半导体芯片1的边缘的一些器件。

如上所述不考虑在半导体芯片边缘和BGA衬底上的球之间沿垂直方向的位置关系而组装的器件具有以下问题：当将其安装到另一个衬底(这里称为二次封装)，然后测试封装强度时，焊料球8沿衬底的垂直方向，在半导体芯片1的边缘与BGA衬底9上的焊料球8(其中BGA衬底9和焊料球8将正确接触的位置处的焊盘7)的中心对齐的位置处频繁地分开。

发明内容

根据本发明的半导体器件在与键合至BGA衬底的焊盘(1andingpad)对齐的位置处(即焊料球的中心)不具有半导体芯片边缘。

优选地，半导体芯片的中心和安装芯片的BGA衬底的中心彼此不重合，并且半导体芯片的至少一个边缘不与BGA衬底上的焊盘对齐(即BGA衬底与焊料球彼此相连的位置)。

这样，至少一个半导体芯片边缘不与所组装的衬底上的球(优选地，其中焊料球与所组装的衬底接触的位置处的焊盘)中心位置对齐，因此避免了组装之后焊盘上的应力集中。

如上所述，本发明使得可以减小在组装期间或之后球和BGA衬底彼此分离的缺陷。该缺陷的一种可能机制如下：

半导体芯片的边缘是半导体芯片和封装树脂之间的界面。由所述界面上产生的应力引起的新变形，尤其是热导致的应力，集中在界面上。另外，所集中的应力增加了位于界面下面的BGA衬底、焊料球和二次封装衬底上的应力差别，直到所集中的应力最终将焊料球与焊盘分离为止。因此，将界面放置为偏离从所述焊盘延伸的假想线呈指数地减小了以上缺陷。

以上放置还缓和了对用于半导体器件的芯片尺寸的限制。具体地，尽管待安装至二次封装衬底上的半导体器件中的焊料球位置相对于二次封装衬底上的配线图案固定，并且这可以将半导体芯片的边缘放置到上述焊料球位置处，如果将所述半导体芯片安装到封装衬底上，使得所述半导体芯片中心偏离封装衬底的中心(这将称为偏心安装)，不会引起什么问题。

提供芯片尺寸方面更大的自由度的偏心安装还使得在维持固定的焊料球位置的同时，易于处理简单的芯片收缩或对于芯片的较小变化。

在具有较高的单元占有率的存储器和其他产品中，偏心安装对于处理芯片边缘和焊料球(焊盘)之间的接近是有效的，所述偏心安装实现了集成度的增加/减小(如简单的删减或对折，以及通过简单的工艺收缩的芯片尺寸减小)。这是因为在其中单元占用率较高的存储器等中，存储器容量中的变化或单元尺寸的变化直接导致芯片尺寸的增加或减小，换句话说，集成度的改变可能将芯片边缘和焊盘之间的位置关系从最初无问题变为有问题，偏心安装使得可以在不需要主要设计变化的情况下任意地设定芯片边缘和焊盘之间的位置关系。

另一个优势是在二次封装衬底中可以减小封装面积。具体地，通过使用按照最小间距排列成矩阵的全部焊料球，减小了二次封装面积。换句话说，这使得不需要考虑和限制确保焊料球的可靠性的球配置，例如从半导体芯片的正下方的区域省略了球，尤其是芯片边缘的紧邻下面以及芯片角落的紧邻下面的区域，或者使得这些区域中的焊料球是无功能的虚拟球。